Основы акустики помещений
Акустический расчёт — это набор вычислений, которые позволяют заранее понять, как звук будет вести себя в конкретном помещении. Без такого расчёта нельзя гарантировать, что речь будет разборчивой, музыка — приятной, а шум — в допустимых пределах. Расчёт акустики нужен для концертных залов, студий звукозаписи, переговорных, домашних кинотеатров, ресторанов и промышленных объектов.
Любое помещение характеризуется несколькими ключевыми параметрами. Именно они определяют, насколько комфортно слышать в нём речь или музыку.
Как звук ведёт себя в замкнутом пространстве
В отличие от открытого воздуха, в помещении звуковая волна многократно отражается от стен, пола и потолка. Часть отражений накладывается на прямой звук и создаёт эхо — реверберацию. Именно она определяет «характер» звука: в церкви он долгий и торжественный, в студии — чёткий и сухой.
Кроме реверберации, в маленьких комнатах возникают резонансы — частоты, на которых звук усиливается из-за геометрии помещения. В квадратных и кубических комнатах резонансы особенно заметны — появляется «бочкообразный» бас в одних точках и полное его отсутствие в других.
Время реверберации: что это и как оценить
Время реверберации RT60 — главная характеристика акустики любого помещения. Это время в секундах, за которое звук затихает настолько, что становится неслышимым после выключения источника. Слишком долгая реверберация делает речь невнятной — слова «наплывают» друг на друга. Слишком короткая — зал звучит неестественно и «мертво».
Для каждого типа помещения существует рекомендованный диапазон RT60. Он зависит от объёма зала и его назначения. Например, для студии звукозаписи нужно не более 0.3 секунды, а для симфонического зала — около 2 секунд.
Таблица 1. Нормативное время реверберации RT60 для разных типов помещений
| Тип помещения | Объём (м³) | RT60 опт. (с) | RT60 min (с) | RT60 max (с) | Норматив |
|---|---|---|---|---|---|
| Студия звукозаписи (речь) | <100 | 0.2–0.3 | 0.15 | 0.35 | DIN 18041 |
| Студия звукозаписи (музыка) | 100–300 | 0.3–0.5 | 0.25 | 0.55 | EBU Tech 3276 |
| Переговорная комната | 30–100 | 0.4–0.6 | 0.3 | 0.7 | ГОСТ Р 53188 |
| Учебная аудитория | 100–300 | 0.5–0.8 | 0.4 | 1.0 | DIN 18041 |
| Офис открытого типа | 200–1000 | 0.6–0.8 | 0.5 | 1.0 | EN ISO 3382-3 |
| Конференц-зал | 200–800 | 0.7–1.0 | 0.6 | 1.2 | IEC 60268-16 |
| Кинотеатр | 500–3000 | 0.3–0.5 | 0.25 | 0.6 | SMPTE |
| Домашний кинотеатр | 30–80 | 0.2–0.4 | 0.15 | 0.45 | THX / Dolby |
| Мультифункциональный зал | 500–3000 | 1.0–1.4 | 0.8 | 1.6 | DIN 18041 |
| Концертный зал (камерный) | 1000–4000 | 1.4–1.8 | 1.2 | 2.0 | ISO 3382-1 |
| Концертный зал (симфонический) | 5000–20000 | 1.8–2.2 | 1.6 | 2.5 | ISO 3382-1 |
| Церковь / собор | 5000–50000 | 2.5–5.0 | 2.0 | 7.0 | — |
| Ресторан / кафе | 100–500 | 0.6–0.9 | 0.5 | 1.1 | EN ISO 3382-2 |
| Спортзал | 1000–5000 | 1.5–2.0 | 1.0 | 2.5 | — |
| Производственное помещение | 1000–50000 | — | — | 2.0 | ГОСТ 12.1.003 |
Таблица 2. Допустимые отклонения реверберации по частотам
Реверберация неодинакова на разных частотах. Низкие частоты обычно затухают медленнее — это нормально для концертных залов, но проблема для маленьких студий. Таблица показывает, на сколько RT60 на каждой частоте может отличаться от среднечастотного значения (500 Гц).
| Тип помещения | 125 Гц | 250 Гц | 500 Гц (эталон) | 1 кГц | 2 кГц | 4 кГц |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Концертный зал | ×1.3 | ×1.1 | ×1.0 | ×1.0 | ×0.9 | ×0.8 |
| Кинотеатр | ×1.1 | ×1.05 | ×1.0 | ×1.0 | ×0.95 | ×0.9 |
| Конференц-зал | ×1.0 | ×1.0 | ×1.0 | ×1.0 | ×1.0 | ×0.9 |
| Студия (речь) | ×1.0 | ×1.0 | ×1.0 | ×1.0 | ×1.0 | ×1.0 |
Расчёт мощности акустической системы
Правильная мощность акустики — это когда система обеспечивает нужную громкость в каждой точке помещения без искажений. Недостаточная мощность приводит к перегрузке усилителя и хрипу. Избыточная — к лишним затратам.
На практике мощность подбирают по площади помещения и его назначению. Офис требует гораздо меньшей мощности, чем ночной клуб — даже при одинаковой площади.
Таблица 3. Рекомендуемая мощность по типу помещения
| Назначение | Мощность (Вт/м²) | Целевой уровень (дБ) | Примечание |
|---|---|---|---|
| Офис (фоновая музыка) | 0.1–0.2 | 60–70 | Равномерное фоновое озвучивание |
| Торговый зал | 0.2–0.4 | 70–80 | Спокойный шумовой фон |
| Ресторан / кафе | 0.2–0.3 | 65–75 | Фоновая музыка, комфортная беседа |
| Конференц-зал (речь) | 0.1–0.15 | 65–75 | Разборчивость важнее громкости |
| Фитнес-клуб | 0.4–0.8 | 80–90 | Ритмичная музыка, высокий уровень |
| Ночной клуб / бар | 1.0–3.0 | 95–105 | Пиковые нагрузки, суббасы |
| Концертный зал | 0.3–0.6 | 80–95 | Зависит от жанра |
| Кинотеатр | 0.15–0.3 | 82–85 | Стандарт SMPTE ST 202 |
| Домашний кинотеатр | 0.5–2.0 (Вт/м³) | 75–85 | Считается по объёму |
| Открытая площадка | 1.0–5.0 (Вт/чел) | 90–110 | С учётом дистанции |
Таблица 4. Мощность по размеру жилого помещения
| Площадь комнаты | Объём | Мощность усилителя (RMS) | Мощность АС (пиковая) | Тип |
|---|---|---|---|---|
| до 12 м² | до 30 м³ | 15–30 Вт | 40–80 Вт | Малый кабинет |
| 12–20 м² | 30–55 м³ | 30–60 Вт | 80–150 Вт | Стандартная комната |
| 20–35 м² | 55–95 м³ | 60–120 Вт | 150–300 Вт | Гостиная |
| 35–60 м² | 95–160 м³ | 100–200 Вт | 250–500 Вт | Большая гостиная |
| 60–100 м² | 160–280 м³ | 200–400 Вт | 500–1000 Вт | Студия / зал |
Уровень звукового давления (SPL): нормы и восприятие
SPL (Sound Pressure Level) — это уровень звука в децибелах. Децибел — логарифмическая шкала: увеличение на 10 дБ воспринимается примерно как «в два раза громче». Знание SPL помогает подобрать нужное оборудование и оценить безопасность для слуха.
Важное свойство: при удвоении расстояния от источника звука уровень снижается примерно на 6 дБ. Колонка, звучащая на 100 дБ на расстоянии 1 метра, на расстоянии 4 метров будет звучать уже на 88 дБ.
Таблица 5. Уровни SPL и их восприятие
| SPL (дБ) | Ощущение | Пример источника | Безопасность (8 ч) |
|---|---|---|---|
| 0–20 | Почти тишина | Тихая студия, шёпот | Безопасно |
| 30–50 | Тихо | Тихий офис, природа | Безопасно |
| 60–70 | Комфортно | Разговор, ресторан | Безопасно |
| 75–80 | Умеренно громко | Шумный офис, TV | Безопасно |
| 85 | Громко | Пылесос, трактор | Лимит 8 ч (NIOSH) |
| 90 | Очень громко | Концерт, газонокосилка | Лимит 2 ч |
| 95 | Дискомфорт | Мотоцикл, дискотека | Лимит 1 ч |
| 100 | Болезненно | Пневмоинструмент | Лимит 15 мин |
| 110 | Очень болезненно | Рок-концерт | Лимит 2 мин |
| 120+ | Болевой порог | Взлёт самолёта, взрыв | Немедленный вред |
Таблица 6. Чувствительность громкоговорителей
Чувствительность АС — это уровень звука (дБ), который она создаёт на расстоянии 1 метра при мощности 1 Вт. Чем выше чувствительность, тем меньше мощности нужно усилителю для той же громкости. Увеличение чувствительности на 3 дБ вдвое снижает требуемую мощность.
| Чувствительность (дБ/Вт/м) | Категория | Типичное применение | Требуемая мощность |
|---|---|---|---|
| 82–86 | Низкая | Hi-Fi мониторы, студийные системы | 100–500 Вт RMS |
| 87–90 | Ниже среднего | Домашний Hi-Fi, пассивные мониторы | 50–200 Вт RMS |
| 91–94 | Средняя | Профессиональная инсталляция | 20–100 Вт RMS |
| 95–99 | Выше среднего | Профессиональные АС, концертные системы | 10–50 Вт RMS |
| 100–104 | Высокая | Линейные массивы (Line Array) | 1–20 Вт RMS |
| 105+ | Очень высокая | Рупорные системы, стадионы | 0.1–5 Вт RMS |
Коэффициенты звукопоглощения материалов
Каждый материал поглощает звук по-разному. Коэффициент звукопоглощения от 0 до 1 показывает, какую долю энергии звука материал поглощает, а не отражает. Значение 0 — полное отражение, 1 — полное поглощение. Интегральный показатель NRC — это среднее поглощение в диапазоне 250–2000 Гц: удобен для быстрого сравнения материалов.
Таблица 7. Коэффициенты звукопоглощения строительных материалов
| Материал / поверхность | 125 Гц | 250 Гц | 500 Гц | 1 кГц | 2 кГц | 4 кГц | NRC |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Бетон (голый) | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.03 | 0.02 |
| Кирпич (голый) | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.04 | 0.05 | 0.07 | 0.04 |
| Штукатурка гладкая | 0.02 | 0.03 | 0.04 | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.04 |
| Стекло (витраж) | 0.18 | 0.06 | 0.04 | 0.03 | 0.02 | 0.02 | 0.04 |
| Деревянный паркет | 0.04 | 0.04 | 0.07 | 0.06 | 0.06 | 0.07 | 0.06 |
| Ковровое покрытие (тонкое) | 0.01 | 0.02 | 0.06 | 0.15 | 0.25 | 0.45 | 0.12 |
| Ковровое покрытие (толстое) | 0.02 | 0.06 | 0.14 | 0.37 | 0.60 | 0.65 | 0.29 |
| Тяжёлые шторы (велюр) | 0.07 | 0.31 | 0.49 | 0.75 | 0.70 | 0.60 | 0.56 |
| Подвесной потолок (минвата) | 0.25 | 0.45 | 0.70 | 0.80 | 0.80 | 0.75 | 0.69 |
| Акустическая плитка (25 мм) | 0.20 | 0.45 | 0.65 | 0.80 | 0.85 | 0.80 | 0.69 |
| Акустическая пена (50 мм) | 0.15 | 0.40 | 0.80 | 0.95 | 0.99 | 0.99 | 0.79 |
| Акустическая пена (100 мм) | 0.45 | 0.80 | 0.99 | 0.99 | 0.99 | 0.99 | 0.94 |
| Басовые ловушки (угловые) | 0.60 | 0.80 | 0.90 | 0.90 | 0.85 | 0.80 | 0.86 |
Таблица 8. Звукопоглощение мебелью и людьми
Люди и мебель тоже значительно влияют на акустику. Особенно это важно для концертных залов: полностью заполненный зал звучит совсем иначе, чем пустой — реверберация существенно сокращается.
| Объект | 125 Гц | 250 Гц | 500 Гц | 1 кГц | 2 кГц | 4 кГц |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Взрослый человек (стоя) | 0.25 | 0.35 | 0.42 | 0.46 | 0.50 | 0.50 |
| Кресло мягкое (занятое) | 0.55 | 0.60 | 0.70 | 0.72 | 0.72 | 0.68 |
| Кресло мягкое (пустое) | 0.20 | 0.25 | 0.30 | 0.32 | 0.30 | 0.28 |
| Деревянный стул | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 |
| Диван трёхместный | 0.35 | 0.55 | 0.70 | 0.73 | 0.72 | 0.68 |
| Книжный шкаф (заполненный) | 0.30 | 0.35 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.35 |
Акустика разных типов помещений
Студия звукозаписи
Для студии важны три вещи: низкое и равномерное время реверберации, отсутствие гулкого эха между параллельными стенами, и хорошая низкочастотная обработка. Стены в студии делают непараллельными (наклон 5–7°) или покрывают акустическими панелями и диффузорами. Угловые «басовые ловушки» обязательны — без них бас в маленькой комнате будет неровным.
Конференц-зал и переговорная
Главное требование — разборчивость речи. Индекс STI должен быть не ниже 0.6, в идеале — 0.7 и выше. Рекомендуется RT60 = 0.4–0.7 секунды при объёме 100–500 м³. Большие стеклянные поверхности без акустической обработки — главный враг разборчивости: стекло почти не поглощает звук и создаёт яркие отражения.
Домашний кинотеатр
Цель — создать «кинотеатральный» опыт дома. RT60 должно быть в диапазоне 0.25–0.4 секунды, фоновый шум — не выше NC-20 (очень тихо). Особое внимание — низким частотам: в маленьких комнатах бас сильно «красит» звук из-за резонансов. Угловые поглотители и правильное расположение сабвуфера решают большую часть этих проблем.
Таблица 9. Сравнение акустических требований разных помещений
| Параметр | Студия (речь) | Кинотеатр | Конференц-зал | Концертный зал | Ресторан |
|---|---|---|---|---|---|
| RT60 (с) | 0.2–0.3 | 0.3–0.5 | 0.5–0.8 | 1.8–2.2 | 0.6–0.9 |
| Разборчивость (STI) | >0.75 | >0.70 | >0.60 | >0.55 | >0.50 |
| Целевой уровень (дБ) | — | 82–85 | 65–75 | 80–95 | 65–75 |
| Фоновый шум NC | NC-15 | NC-25 | NC-30 | NC-20 | NC-35 |
| Главный приоритет | Сухость, тишина | Точность тембра | Разборчивость | Полнота звука | Комфорт |
Онлайн-калькуляторы акустики
Подбор оборудования: таблицы и критерии
Таблица 10. Типы акустических систем и их применение
| Тип АС | Диапазон (Гц) | Угол покрытия | Макс. SPL | Применение |
|---|---|---|---|---|
| Потолочный громкоговоритель (8") | 80–16000 | 150° | 105 дБ | Офис, магазин, ресторан |
| Широкополосная прожекторная АС | 80–16000 | 90°×60° | 115 дБ | Уличное озвучивание, спорт |
| Линейный массив (Line Array) | 50–18000 | 110°×10° | 140 дБ | Концертные площадки, арены |
| Студийный монитор (ближнее поле) | 50–25000 | 120° | 110 дБ | Студия, аппаратная |
| Активный сабвуфер | 20–120 | Ненаправленный | 125 дБ | Кино, клуб, Hi-Fi |
| Рупорный громкоговоритель | 500–15000 | 60°×40° | 140 дБ | Большие залы, стадионы |
| Подвесной шаровой громкоговоритель | 200–16000 | 360° | 110 дБ | Ресторан, атриум, аэропорт |
| Встраиваемая АС in-wall | 80–20000 | 90° | 108 дБ | Домашний кинотеатр, зал |
Таблица 11. Зона покрытия одного потолочного громкоговорителя
Чем выше потолок и шире угол раскрытия АС, тем большую площадь покрывает одна точка. Слишком большой шаг между АС даёт «мёртвые» зоны, слишком малый — интерференцию. Правило: шаг установки = 1.0–1.4 × высоту потолка.
| Высота потолка (м) | Угол 90° | Угол 120° | Угол 150° | Рекомендуемый шаг |
|---|---|---|---|---|
| 2.5 | 2.5 × 2.5 м | 4.3 × 4.3 м | 6.6 × 6.6 м | 3–4 м |
| 3.0 | 3.0 × 3.0 м | 5.2 × 5.2 м | 8.0 × 8.0 м | 4–5 м |
| 3.5 | 3.5 × 3.5 м | 6.1 × 6.1 м | 9.3 × 9.3 м | 5–6 м |
| 4.0 | 4.0 × 4.0 м | 6.9 × 6.9 м | 10.7 × 10.7 м | 5–7 м |
| 5.0 | 5.0 × 5.0 м | 8.7 × 8.7 м | 13.3 × 13.3 м | 7–9 м |
| 6.0 | 6.0 × 6.0 м | 10.4 × 10.4 м | 16.0 × 16.0 м | 8–11 м |
Таблица 12. Выбор сечения кабеля для акустических систем
| Длина трассы | 8 Ом, до 50 Вт | 8 Ом, 50–200 Вт | 4 Ом, 50–200 Вт | 100В линия |
|---|---|---|---|---|
| до 5 м | 0.5 мм² | 1.0 мм² | 1.5 мм² | 0.5 мм² |
| 5–10 м | 0.75 мм² | 1.5 мм² | 2.5 мм² | 0.5 мм² |
| 10–25 м | 1.5 мм² | 2.5 мм² | 4.0 мм² | 0.75 мм² |
| 25–50 м | 2.5 мм² | 4.0 мм² | 6.0 мм² | 1.0 мм² |
| 50–100 м | 4.0 мм² | 6.0 мм² | 10 мм² | 1.5 мм² |
| более 100 м | Рекомендуется перейти на 100В линию | 2.5 мм² | ||
